赤泥在道路建設(shè)中的應(yīng)用技術(shù)

聶云剛，盛孝麗

（淄博市交通運(yùn)輸事業(yè)服務(wù)中心，山東 淄博 255038）

引言

赤泥是鋁廠經(jīng)各種物理和化學(xué)處理，制取氧化鋁后所剩余的紅色粉泥狀高含水量的強(qiáng)堿性固體廢料，年排放量較大，露天堆存，不僅占用大量土地，增加企業(yè)成本，并且造成附近生態(tài)環(huán)境日益惡化。赤泥經(jīng)過(guò)綜合穩(wěn)定后用作道路建筑材料，符合當(dāng)前節(jié)能減排的發(fā)展要求。

1 原材料組成與技術(shù)性質(zhì)

赤泥底基層類(lèi)似于石灰工業(yè)廢渣穩(wěn)定類(lèi)底基層。參考鋁廠對(duì)赤泥的物理力學(xué)特性分析和探索性試驗(yàn)，初步確定赤泥的固化材料為石灰和粉煤灰[1-2]。

1.1 石灰和粉煤灰

石灰和粉煤灰應(yīng)符合《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 034—2000）要求。

1.2 赤泥

試驗(yàn)路段和室內(nèi)試驗(yàn)所用赤泥堆存至少30 a以上，化學(xué)組成分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 陳赤泥的主要化學(xué)組成

赤泥的主要化學(xué)組成為氧化鈣和二氧化硅，占總量55%以上，鐵鋁氧化物占比10%左右，還有少量二氧化鈦、氧化鎂、氧化鈉、氧化鉀和幾十種微量稀散元素。

赤泥的物理性質(zhì)與黏土相似，顆粒內(nèi)部毛細(xì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，具有較高的比表面積，勃式比表面積一般達(dá)到4 000 cm2/g以上，新鮮赤泥的塑性指數(shù)為16.7，未暴露于空氣中的陳化赤泥（含水率40%左右）的塑性指數(shù)為10.1。赤泥具有極好的觸變性和富水性。干燥赤泥極易吸潮，不溶于水。

2 二灰穩(wěn)定赤泥道路底基層的固化機(jī)理

二灰穩(wěn)定赤泥的強(qiáng)度形成機(jī)理與水泥凝結(jié)硬化形成強(qiáng)度類(lèi)似，其混合料充分拌和后，在堿性環(huán)境中，通過(guò)各種途徑一系列化學(xué)反應(yīng)和離子交換作用，使混合料中的礦物成分在微顆粒周?chē)纬删w結(jié)構(gòu)的多種水化物，凝聚成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在吸收化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中放出的熱量、外界壓力（碾壓）、溫度（氣溫）的作用下硬化，形成以化學(xué)鍵結(jié)合的結(jié)晶體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架而形成強(qiáng)度，生成密實(shí)而堅(jiān)硬的半剛性板體。

3 二灰穩(wěn)定赤泥道路材料試驗(yàn)與分析

室內(nèi)試驗(yàn)的主要目的掌握赤泥材料的基本物理力學(xué)性能，確定赤泥底基層混合料配合比。

3.1 赤泥底基層混合料配合比優(yōu)化

各種配合比的混合料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比可得：（1）混合料7 d無(wú)側(cè)限飽水抗壓強(qiáng)度均能滿(mǎn)足道路底基層抗壓強(qiáng)度要求。（2）從表2可以看出，在一定范圍內(nèi)增加混合料中的石灰劑量時(shí)，混合料的強(qiáng)度將隨之提高，但超過(guò)相應(yīng)范圍后，增加混合料中的石灰劑量時(shí)，強(qiáng)度反而有所降低。（3）從技術(shù)經(jīng)濟(jì)和大量應(yīng)用赤泥的條件出發(fā)，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的原材料情況，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析確定，推薦采用配合比為赤泥：粉煤灰：石灰＝75∶15∶10、80∶10∶10、85∶7.5∶7.5進(jìn)行試驗(yàn)段鋪筑。

3.2 含水率對(duì)赤泥材料底基層抗壓強(qiáng)度的影響

選擇配合比為赤泥∶粉煤灰∶石灰＝80∶10∶10。試驗(yàn)測(cè)定不同含水率試件的7 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，含水率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)表3和圖1。

表3 含水率和7 d抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

圖1 混合料含水率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

由試驗(yàn)結(jié)果可知，含水率對(duì)赤泥底基層抗壓強(qiáng)度有比較顯著的影響，含水率在45%左右的抗壓強(qiáng)度最高。

3.3 塊狀赤泥對(duì)赤泥材料底基層抗壓強(qiáng)度的影響

赤泥中大塊較多，即使破碎后仍有不少粒徑較大，因此塊狀赤泥對(duì)赤泥材料底基層抗壓強(qiáng)度的影響不可忽視。在相同的含水率和干密度的條件下，按照赤泥大塊的不同含量制備混合料進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，影響規(guī)律見(jiàn)表4和圖2。

表4 塊狀赤泥摻量和強(qiáng)度的關(guān)系

圖2 塊狀赤泥所占比例對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律

由圖2可知，隨著塊狀赤泥摻量的增大，7 d抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，赤泥大顆粒摻量在不超過(guò)50%時(shí)可以滿(mǎn)足道路底基層強(qiáng)度的要求[3]。

3.4 凍融穩(wěn)定性試驗(yàn)

二灰穩(wěn)定赤泥底基層材料的凍融循環(huán)試驗(yàn)方法目前還沒(méi)有統(tǒng)一的試驗(yàn)規(guī)程，采用5次凍融后與凍融前的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，分析材料的凍穩(wěn)性。在28 d 齡期時(shí)進(jìn)行凍融試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 赤泥固化體凍融試驗(yàn)結(jié)果

可知，經(jīng)5次凍融后仍具有較高的抗壓強(qiáng)度，其值大體與凍融前試件的強(qiáng)度相當(dāng)，說(shuō)明二灰穩(wěn)定赤泥混合料具有足夠的凍融穩(wěn)定性，能滿(mǎn)足使用要求[3]。

4 赤泥底基層施工及質(zhì)量控制

4.1 試驗(yàn)段施工

在某縣道進(jìn)行二灰穩(wěn)定赤泥底基層試驗(yàn)路鋪筑，該路長(zhǎng)1 700 m，寬25 m，日平均交通量14 693次，路面結(jié)構(gòu)為3 cm瀝青混凝土+5 cm瀝青混凝土+17 cm水泥穩(wěn)定碎石+ 20 cm二灰穩(wěn)定赤泥。赤泥底基層施工工序見(jiàn)圖3。

圖3 赤泥底基層施工工序[4]

施工應(yīng)注意：（1）赤泥含水率應(yīng)控制在45%以下，否則應(yīng)進(jìn)行翻曬。（2）赤泥通過(guò)自卸車(chē)運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，由于赤泥顆粒較大，大部分粒徑在20 cm以上，甚至達(dá)至50 cm以上。卸料后人工用大錘初步破碎。（3）采用中置式拌合機(jī)拌和，先將赤泥拌和一遍，摻灰后再拌和兩遍，大于20 mm的粒徑應(yīng)小于10%，否則應(yīng)加拌一遍。（4）拌和一遍后先用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行穩(wěn)壓，再用平地機(jī)初步整平、整形，以消除路拌機(jī)拌和接頭及搭接不平整處。拌和第二遍后膠輪壓路機(jī)穩(wěn)壓，平地機(jī)進(jìn)行精平。（5）針對(duì)混合料含水率較高的情況，經(jīng)試驗(yàn)，選用碾壓組合方案為初壓：拌和后采用26 t膠輪壓路機(jī)穩(wěn)壓一遍；復(fù)壓：18 t振動(dòng)壓路機(jī)振壓兩遍，18～21 t三輪壓路機(jī)碾壓兩遍。

4.2 質(zhì)量檢測(cè)與跟蹤監(jiān)測(cè)

4.2.1 質(zhì)量檢測(cè)

試驗(yàn)路底基層按上述施工方法和注意事項(xiàng)修筑完成后，經(jīng)檢測(cè)所有指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求[3]。

4.2.2 路用性能跟蹤監(jiān)測(cè)

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)鋪筑完成后7～360 d的取芯分析，不同配合比二灰穩(wěn)定赤泥材料芯樣在底基層完工15 d后都基本成型；完工1 a后，芯樣均完全成型，見(jiàn)表6。

表6 二灰穩(wěn)定赤泥底基層強(qiáng)度跟蹤監(jiān)測(cè)

可見(jiàn)，二灰穩(wěn)定赤泥材料強(qiáng)度隨著時(shí)間的推移不斷增長(zhǎng)，能夠較好地適應(yīng)公路建設(shè)的需要。完工1 a后檢測(cè)各路段彎沉值均不大于20 mm，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)彎沉指標(biāo)要求[3]。

4.2.3 環(huán)境跟蹤監(jiān)測(cè)

根據(jù)赤泥的特點(diǎn)，對(duì)水質(zhì)與環(huán)境射線(xiàn)針對(duì)性進(jìn)行部分指標(biāo)檢測(cè)見(jiàn)表7?？梢钥闯?，赤泥的使用未對(duì)地下水造成污染，表8表明，道路周邊環(huán)境射線(xiàn)吸收量也滿(mǎn)足環(huán)保要求。因此二灰穩(wěn)定赤泥材料是安全的，滿(mǎn)足環(huán)保要求。

表7 道路地下水指標(biāo)檢測(cè)

表8 空氣吸收劑量監(jiān)測(cè)

5 結(jié)語(yǔ)

采用赤泥為主要原料，配合一定比例的石灰、粉煤灰加以穩(wěn)定，作為新型道路底基層材料，取得良好的路用性能和經(jīng)濟(jì)效益。（1）以底基層材料抗壓強(qiáng)度為主要指標(biāo)，以最大限度使用赤泥為出發(fā)點(diǎn)，確定了合理的配合比范圍：赤泥75%～80%，石灰7.5%～15%，粉煤灰7.5%～10%。（2）二灰穩(wěn)定赤泥7 d和28 d抗壓強(qiáng)度均滿(mǎn)足《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ 034—2000）要求，并且具有較好的抗凍穩(wěn)定性、干縮性和溫縮性。試驗(yàn)路經(jīng)過(guò)1 a的運(yùn)營(yíng)，未出現(xiàn)早期病害，效果良好，表明二灰穩(wěn)定赤泥可以作為公路底基層材料。（3）二灰穩(wěn)定赤泥材料的應(yīng)用，可以降低建設(shè)成本，變廢為寶，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。（4）赤泥中含有少量Na2O，隨著雨水的沖刷可能會(huì)污染地下水。使用存放時(shí)間較長(zhǎng)的陳赤泥可以避免水污染。